透水混凝土路面的设计与施工研究

夏 枫，邹志翔

中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010

越来越多的学者和工程技术人员开始利用数值计算、室内试验等手段分析透水混凝土路面的排水性能，并取得了一些有价值的研究成果。但是，许多工程师在建设透水混凝土路面时仍以工程类比法为主，使得建设方案偏保守，造成了严重的资源浪费。因此，研究透水混凝土路面设计与施工是十分必要的。

1 透水混凝土路面分类及组成

1.1 透水混凝土路面分类

目前城市道路中常见的透水混凝土路面根据透水能力的不同可划分成三种：排水型路面、半透水式路面、全透水式路面[1]。

排水型路面是仅在其面层设置透水材料，基层一般选择不透水或透水性较差的材料。地表汇集的水分在渗入面层之后就会沿着基层排出路基范围，最终排放至沿线的排水设施中，避免路基受到雨水下渗的影响。

半透水式路面的面层和基层均设置透水性好的材料，垫层采用不透水或透水性较差的材料，并在路基顶部铺一层防渗土工膜。地表雨水依次渗进面层、基层后，会沿着垫层排出路基，最后至沿线的排水设施中，降低雨水下渗对路基力学性能和使用性能的影响。

全透水式路面指的是整个路面结构都是透水性较好的材料，同时在路基顶部设置一层土工网格布来提高路基承载力，以充分发挥其支撑作用。全透水式路面要求路基填料的渗透系数大于7×10-5cm/s，否则雨水渗入路基之后容易滞留在路基内部，影响路基土体的强度和整体稳定性。同时，为了避免路基发生水毁病害，全透水式路面的路基在饱和状态下应当具有足够的强度。

1.2 透水混凝土路面组成

（1）透水面层。进行透水混凝土面层设计时要综合考虑道路所在区域的降雨特征及需要接纳的排水面积，然后进行合理的布置。同时，运营期间应对透水混凝土路面加强养护，这是因为透水混凝土在长期排水过程中，水流中的细小颗粒容易在其空隙内部沉积，并堵塞孔隙，从而降低混凝土的排水能力。

（2）透水基层。城市道路的透水基层应满足以下要求：①基层渗透能力强，能快速排出从地表渗进路面结构的雨水；②基层强度较高，能确保路面在反复车辆荷载作用下不损伤；③基层具有较大的储水能力，可以暂时储存未能排出的地表水。

城市道路的透水基层一般采用级配碎石、水泥稳定碎石等。在确定透水基层厚度时，应以其透水能力作为计算标准。同时，基层厚度还要满足路面设计规范中规定的最小厚度和适宜厚度要求，如表1所示。

表1 不同材料基层厚度

（3）透水垫层。在路面结构层下方设置透水垫层的目的是提高路面水稳性与抗冻胀能力、增强路面透水能力，并作为反滤层避免土基材料进入透水路面。透水垫层常用的材料为开级配集料（如粗砂、砂砾、碎石等），厚度约为150～200mm，对于冻胀严重地区和过湿路段可适当增加透水垫层的厚度[2]。

2 透水混凝土路面设计

2.1 工程概况

案例工程为羊山新区红廉基地片区路网工程。羊山新区成立已有十余年，在建设初期以基础设施建设为主，建设标准能够满足早期的交通需求。但是，随着新区的不断发展，地块持续开发，人口日益增长，目前新区的部分道路已达到或接近设计使用年限，无法继续满足使用需求，需要改建或新建道路。同时，早期羊山新区的道路以满足使用功能为主，未来应着力于提升道路使用品质，改善道路周边环境，完善区域配套设施，创建城市居民生活、工作、学习、就医、休憩、购物等的完整生态圈。为使红廉基地片区路网与北湖郊野公园景观有机融合，创建生态宜居城市，打造高品质绿色慢行道路，提高居民出行的幸福指数，将在红廉基地片区道路上增设慢行透水性绿道。

2.2 透水性路面设计步骤

（1）确定设计条件。第一，降雨条件。降雨条件主要是指降水量，即一定时间段内降至路面的雨水深度。城市道路的降雨条件可利用实地雨水监测数据或查询多年气象资料得到，如果缺乏相关资料，还可以通过降雨强度经验公式来估算，如下式：

式中：q为降雨强度，mm/h；P为降雨重现期，年；t为降雨历时，h。

第二，交通荷载。红廉基地片区的透水绿道主要是行驶非机动车或轴间距小于3m的小型车辆以及行人等，交通荷载较小，在设计使用年限内的累计轴载不超过30万次。

（2）确定理论渗透系数。丁立[3]对城市道路中不同级配和粒径的透水混凝土渗透性开展了统计调查，并拟合得到了透水混凝土渗透系数与其空隙率间的函数模型，相关系数R2为0.9432，相关程度较好，见下式：

式中：k为透水混凝土渗透系数，cm/s；n为透水混凝土空隙率，%。

绿道面层的透水混凝土设计空隙率不宜过高，也不宜过低，取值范围通常为18%～23%。如果混凝土的空隙率＜18%，渗透系数较小，则透水性不能满足路面的排水需求；如果混凝土的空隙率＞23%，可能导致面层的强度较差，在道路运营期间出现损伤。因此，建议透水混凝土的空隙率取目标空隙率的均值20.5%，此时渗透系数计算值为2.73cm/s。

（3）绿道路面结构组合及验算。综上所述，笔者最终拟采用的路面组合为C25透水混凝土（10cm）+透水级配碎石（20cm）+防渗土工膜+压实路基，如图1所示。

图1 绿道路面结构组合

路面透水混凝土的面层材料配比为4～6mm石子2000kg/m3、42.5标号水泥300kg/m3、胶结料15kg/m3、洁净水100kg/m3；底层配比为粗骨料2000kg/m3、42.5标号水泥300kg/m3、胶结料5kg/m3、洁净水100kg/m3。路面结构确定之后，采用URPDS2012对路面的弯沉值和容许拉应力进行了验算，结果满足路面规范的要求。

3 透水混凝土路面施工技术

透水混凝土路面的主要施工流程为前期准备工作（平整、置模）→配料搅拌→浇筑→振捣→辊压→养护。（1）配料搅拌。透水混凝土的水泥浆稠度较大，宜选择强制式搅拌机来搅拌，搅拌时间不少于5min，确保水泥浆均匀附着在骨料表面，无花白料。（2）浇筑。为了避免透水混凝土快速失水而导致骨料间的黏结强度降低，应当在浇筑透水混凝土之前将路基用水湿润后再摊铺平整。（3）振捣。透水混凝土振捣可采用平板振动器，不得剧烈振捣，振捣频率不宜过快，否则会降低透水混凝土空隙率，导致材料透水性变差。（4）辊压。透水混凝土在振捣之后需要用实心钢管或轻型压路机进行多次辊压，辊压前应采取一定的措施避免辊子黏结骨料。同时，辊压后还应用机器抹平混凝土表面，使其平整度满足要求。（5）养护。透水混凝土孔洞数量多、失水速度快，必须注重早期养护。透水混凝土可采用洒水养护的方式（养护时间最少7d），但洒水时不能直接将压力水柱冲向混凝土表面，以免冲走水泥砂浆，在混凝土表面形成薄弱部位。

4 结论

（1）透水混凝土路面根据透水能力的不同可划分成排水型路面、半透水式路面、全透水式路面三种。（2）透水混凝土路面的设计应基于当地的降水量、交通荷载、外部环境等条件，合理选择材料渗透系数和空隙率，最终得到路面结构组合。（3）透水混凝土路面的主要施工流程包括前期准备工作、配料搅拌、浇筑、振捣、辊压、养护等。